[論文レビュー] Impact of dynamical charm quarks

Tomasz Korzec, Francesco Knechtli+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、簡略化されたSU(3)ヤン・ミルズ理論における2つのデゲネレートした重いクォークを用いた格子シミュレーションを用いて、ダイナミカルな charm クォークがQCDの観測量に与える影響を調査する。高精度かつ小さな格子間隔でNf=2（ダイナミカルな charm）とNf=0（クエンチド）のアンサンブルを比較した結果、r0やt0のような低エネルギー量にはほとんど影響がないが、RGI charm クォーク質量には5.5±3.5%のずれが生じており、これは高エネルギーにおける charmonium スペクトルおよび補正済み質量に非可視な影響があることを示している。

ABSTRACT

We compute and compare the continuum limits of several quantities in QCD with and without a dynamical charm quark. We consider both low energy quantities, like the hadronic scales $r_0$ and $t_0$, and high energy quantities, like the charmonium masses.

研究の動機と目的

• クエンチドされた charm クォークが低エネルギーおよび高エネルギーQCD観測量に与える影響を評価すること。
• ダイナミカルな charm クォークがハドロンスケールや charmonium スペクトルを顕著に変化させるかどうかを特定すること。
• 高精度でのNf=2（ダイナミカルな charm）とNf=0（クエンチド）シミュレーションの結果を比較すること。
• ダイナミカルな charm クォークを含まないシミュレーションにおける charm 物理計算の信頼性を評価すること。

提案手法

• ウィルソン・プラケットゲージ作用素とクローラー補正済みねじれ質量フェルミオンを用いて、2つのデゲネレートした重いクォークを含む簡略化されたSU(3)ヤン・ミルズ理論をシミュレートする。
• 臨界遅れの緩和およびトポロジカル自己相関の低減のため、時間方向にオープン境界条件を採用する。
• 勾配フロー法を用いて、ゲージ場強度テンソルのフローファイル時間の進化を定義し、スケール観測量t0とr0を定義する。
• 0.023 fmから0.036 fmの格子間隔を持つアンサンブルを用いて、連続極限への外挿を実行する。
• 非摂動的補正と既知のΛパラメータを用いて、ねじれ質量パラメータを調整し、RGI charm クォーク質量に一致させる。
• RGI質量への変換に既知の質量比を用い、走行質量をRGI質量に変換した後、ハドロンスケール、補正済み結合定数、および charmonium 質量についてNf=2とNf=0の結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダイナミカルな charm クォークの導入が、r0 や t0 のような低エネルギーハドロンスケールに顕著な影響を与えるか？
• RQ2 ダイナミカルな charm クォークの導入が、特にベクトル状態と準スカラー状態の charmonium 質量比にどのように影響を与えるか？
• RQ3 ダイナミカルな charm クォークが、高運動量スケールにおける補正済み結合定数 αqq にどの程度影響を与えるか？
• RQ4 Nf=2 と Nf=0 QCD 間で、RGI charm クォーク質量にどの程度の定量的差が生じるか？
• RQ5 格子断片化の影響が、クエンチドとダイナミカルな charm シミュレーション間の charmonium 観測量の乖離を説明できるか？

主な発見

• r0/√t0 の比は、Nf=2 と Nf=0 の理論間で顕著な差がなく、現在の1.5%の精度で0.3%未満の予測効果がゼロと整合的である。
• 2 GeV 前後のスケールで、補正済み結合定数 αqq(r−1) はダイナミカルなフレーバー数に明確な依存性を示しており、高エネルギー域で非自明な効果があることを示している。
• ベクトル状態と準スカラー状態の charmonium 質量比（mV/mP）は、Nf=2 と Nf=0 間で0.3%未塔のずれにとどまり、ダイナミカルな charm がこの観測量にほとんど影響しないことを示している。
• RGI charm クォーク質量は、Nf=2 と Nf=0 の理論間で (5.5±3.5)% の差を示しており、低エネルギースケールへの影響は小さいものの、補正済み質量に顕著な影響があることを示している。
• 走行質量の連続極限外挿では一貫性のある挙動を示すが、RGI質量への変換により顕著な乖離が明らかとなり、ダイナミカルな charm クォークが charmonium 物理における質量スケールに影響を与えていることが示唆される。
• シミュレーションと現実の charmonium 値との間で観測された1%のmV/mP比のずれは、軽い海クォーク、分離図式、電磁気的寄与に起因しており、ダイナミカルな charm クォークの欠如とは無関係である。